Un oligonucleótido es una cadena corta de moléculas de ADN o ARN que tiene muchos usos en biología molecular y medicina. Se utiliza como sonda para detectar enfermedades, infecciones virales e identificar genes en experimentos de biología molecular. También se utiliza como cebador en un tipo de secuenciación de ADN.
Para comprender un oligonucleótido, es útil comprender la estructura del ADN. Las moléculas de ADN son bobinas muy largas de dos hebras, compuestas por cuatro unidades de base de nucleótidos diferentes, dispuestas en diferentes órdenes. Cada unidad tiene una base complementaria a la que se unirá, por lo que cada hebra tiene un conjunto opuesto de bases que la unen. Estas bases pueden formar una gran variedad de combinaciones diferentes, y es la combinación de bases la que da el código genético. El ADN se transcribe para producir ARN mensajero (ARNm), que luego se traduce para producir proteínas.
Los oligonucleótidos se identifican por la longitud de su cadena. Por ejemplo, un oligonucleótido que tiene diez bases de nucleótidos de largo se llamaría diez mer. Generalmente se sintetizan químicamente y el tipo de síntesis limita la longitud de la cadena a menos de 60 bases.
En un tipo de secuenciación de ADN conocida como secuenciación didesoxi, los oligonucleótidos se utilizan como cebador, de modo que la enzima que produce el ADN tenga una plantilla a partir de la cual trabajar. Se usa ADN monocatenario y se sintetiza un oligonucleótido que es complementario a la cadena de ADN usando una máquina automática. La ADN polimerasa que sintetiza el ADN continúa agregando al cebador y sintetiza la hebra opuesta de ADN a partir de él. Esta reacción produce ADN de doble hebra.
Un uso más reciente de oligonucleótidos como cebadores es en la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) que se usa para amplificar pequeños fragmentos de ADN. Esta técnica tiene usos muy prácticos, como en las pruebas forenses y de paternidad. También ha revolucionado la investigación en medicina y ciencias biológicas, ya que se utiliza a menudo en experimentos de ingeniería genética.
Con frecuencia se usa una serie de sondas de oligonucleótidos para aislar genes de una biblioteca de genes o ADN complementario (ADNc). Las bibliotecas de ADNc consisten en ADN de doble hebra, en el que una hebra se deriva de una hebra de ARNm y la otra es complementaria a ella. Tales bibliotecas tienen la ventaja de que no tienen las lagunas que se encuentran con frecuencia en genes de organismos superiores.
La estructura de los genes de muchos organismos se conoce, debido a proyectos de secuenciación, y está disponible públicamente. Si se quiere clonar un gen de otro organismo, se puede ver lo que se sabe sobre el gen en otros organismos y diseñar sondas basadas en áreas comunes en esas secuencias. Luego, los investigadores tienen una serie de sondas de oligonucleótidos sintetizadas que tienen en cuenta las posibles variaciones en el área común. Examinan la biblioteca con esas sondas y buscan oligonucleótidos que se unan. Se han identificado muchos genes de esta manera.
Un oligonucleótido antisentido contiene una sola hebra de ARN o ADN que es el complemento de una secuencia de interés. Una vez que se ha clonado un gen particular que codifica una proteína, el ARN antisentido se usa con frecuencia para bloquear su expresión uniéndose al ARNm que lo sintetizaría. Esto permite a los investigadores determinar los efectos en el organismo, cuando no produce esa proteína. También se están desarrollando oligonucleótidos antisentido como nuevos tipos de fármacos para bloquear los ARN tóxicos.
Los chips de microarrays han sido otra área en la que los oligonucleótidos han sido de gran utilidad. Estos son portaobjetos de vidrio, o alguna otra matriz, que tiene manchas que contienen miles de sondas de ADN diferentes, en este caso hechas de oligonucleótidos. Son una forma muy eficaz de probar cambios en varios genes diferentes a la vez. El ADN está unido a un compuesto que cambia de color, o emite fluorescencia, si el ADN complementario se une a él, por lo que las manchas cambian de color si hay una reacción con el ADN de prueba.
Algunas de las cosas para las que se utilizan las micromatrices de oligonucleótidos incluyen la detección de enfermedades genéticas. Por ejemplo, existen pequeñas sondas que representan la actividad de genes implicados en el cáncer de mama, BRCA1 y BRCA2. Es posible averiguar si una mujer tiene una mutación en uno de estos genes y analizarlo más para ver si tiene predisposición al cáncer de mama.
Existe un microarray llamado ViroChip que tiene sondas para aproximadamente 20,000 genes de varios virus patógenos que han sido secuenciados. Las secreciones corporales, como la flema, se pueden analizar con el chip, que a menudo puede identificar con qué tipo de virus está infectada una persona. La identificación de infecciones virales puede resultar bastante difícil, ya que los síntomas suelen ser similares con diferentes tipos de virus.